富含精氨酸的火麻籽球蛋白 - 鞣酸非共价复配：结构致密化、抗氧化/乳化特性增强及消化率调控

《Food Chemistry》：Arginine-rich hemp seed globulin-tannic acid non-covalent complexation: Structural compaction, enhanced antioxidant/emulsifying properties, and modulated digestibility

　　

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  阐明单宁酸与火麻仁球蛋白的两亲性结合模式。
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  TA 络合驱动 GLB 结构致密化，形成更紧凑和稳定的构象。
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  TA 诱导局部二级结构调整，而无全局展开。
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  该复合物显示出增强的抗氧化和乳化特性以及调节后的消化性。
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  阳离子 -π相互作用能够实现富含精氨酸的蛋白 - 多酚复合物的理性设计。

引言

全球向可持续和健康饮食的转变已将植物蛋白推至食品科学和产业的前沿 (Bisht et al., 2025)。在新兴的植物蛋白来源中，火麻 (Cannabis sativa L.) 种子因其卓越的营养特性和可持续种植优势而备受关注。火麻仁含有 20–25% 的高消化率蛋白质，氨基酸组成平衡，以及 25–35% 富含多不饱和脂肪酸的油脂，其 ω-6/ω-3 比率约为 3:1，处于最佳水平 (Kamle et al., 2024)。除了营养价值外，火麻仁及其生物活性成分也被报道具有免疫调节和抗氧化特性，支持其作为功能食品原料的潜力 (Hassan et al., 2023)。虽然其卓越的脂质谱一直是引起人们对火麻仁兴趣的主要原因，但其蛋白质部分，主要由盐溶性球蛋白 (GLB, 60–80%) 和水溶性白蛋白 (Aloo et al., 2023) 组成，近年来由于其优异的氨基酸平衡和尚未充分探索的功能潜力，已逐渐成为研究焦点。

然而，将这种营养前景转化为实际的食品应用，需要克服分离蛋白固有的几项技术功能局限性。值得注意的是，与整粒种子不同，火麻仁蛋白本身的抗氧化活性相对较低，限制了其在氧化敏感食品系统中的使用。此外，其较高的体外消化率虽然在营养上令人向往，但可能导致以饱腹感为导向的配方中水解过快，削弱了维持饱腹感信号所依赖的持续肽释放和胃滞留。非共价多酚络合代表了一种在不进行化学修饰的情况下调节蛋白功能性的清洁标签策略 (Yan et al., 2025)。单宁酸 (TA) 是一种含有多个没食子酰基的高分子量水解单宁，由于其两亲性结构（包含疏水性芳香核心和多个亲水性羟基），特别适合于此目的，这使其能够与蛋白质形成复杂的相互作用模式，从而可能同时诱导表面暴露和核心致密化 (Dai, Lian, et al., 2022)。

之前的研究表明，TA 与豌豆蛋白等代表性植物蛋白之间的相互作用主要由疏水相互作用和氢键驱动 (Li et al., 2020)。在乳铁蛋白等动物蛋白系统中也报道了类似的相互作用，它们可能诱导构象致密化并随之降低蛋白酶解消化率 (Jing et al., 2021)。然而，这些研究中考察的蛋白质精氨酸含量适中，而 GLB 含有高达 12% 的精氨酸，远高于典型蛋白质 (Q. Wang & Xiong, 2019)。鉴于精氨酸的胍基可以参与与芳香环的阳离子 -π相互作用，GLB 中高出 35–54% 的精氨酸含量预计将为 TA 的多个没食子酰基团提供额外的阳离子 -π结合位点。因此，与主要依赖疏水锚定的其他植物球蛋白相比，GLB 可能形成更强且更特异的协同相互作用，从而导致独特的结构和功能结果。

基于这一原理，本研究采用结合多光谱技术和分子模拟的综合方法，对两个超出传统多酚 - 蛋白结合模型的相互关联的假设进行了初步验证。首先，GLB 的高精氨酸含量可能促进与 TA 的阳离子 -π相互作用，这一机制在植物蛋白研究中尚未得到充分探索。我们选择 pH 3.5 作为实验条件，因为这种酸性环境在生理和技术上均相关，接近胃环境并符合许多酸性食品基质的典型条件。此外，该 pH 确保精氨酸残基完全质子化 (pKa ~12.5)，并使 GLB 带有净正电荷，远低于其等电点 (pI ~5.0–5.5)，这既有利于阳离子 -π相互作用的形成，又维持了蛋白质的溶解性。其次，TA 的两亲性可能使其实现双结合模式，其中芳香环部分暴露于溶剂以增强抗氧化的可及性，而羟基形成界面氢键以稳定蛋白质结构。这不同于在许多小分子多酚 - 蛋白复合物中观察到的深层埋藏配体结合。本研究为将 GLB-TA 复合物设计为面向健康食品应用的多功能清洁标签原料提供了机制基础。

章节摘要

材料与试剂

火麻仁通过 京东 电商平台购买（广西巴马品牌，中国北京）。TA (CAS: 1401-55-4, 98%) 购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。胃蛋白酶 (≥ 1200 U/g) 和胰蛋白酶 (≥ 50,000 U/g) 购自国药集团化学试剂有限公司（中国上海）。所有其他试剂均为分析纯。

GLB 的制备

GLB 是按照我们课题组之前报告的方法从脱脂火麻仁粉中分离出来的 (Xu et

分子对接分析

进行分子对接以阐明 GLB 和 TA 之间的最佳结合模式 (图 1)。TA 被容纳在一个明确定义的表面口袋内，其芳香基团部分插入空腔内部，同时部分暴露于溶剂 (图 1 A)。最低能量的对接构象产生的结合能为?9.0 kcal/mol，表明热力学上有利的相互作用。口袋壁由疏水残基衬里（由orange着色表示）

结论

本研究利用多光谱分析和分子模拟系统调查了 GLB 和 TA 之间的非共价相互作用。结果表明，TA 通过涉及疏水锚定、氢键和精氨酸介导的阳离子 -π相互作用的协同机制，两亲性地结合在明确定义的 GLB 表面口袋内，这是由 GLB 独特的高精氨酸含量（~12%）所赋予的独特特征。热力学分析确认了这是一种熵驱动的过程

CRediT 作者贡献声明

Yu Zhang: 写作 - 初稿，方法论，调查，概念化。 Xiao-Dong Tian: 软件，形式分析，数据管理。 Zuo-Xing Di: 验证，调查。 Hai-Bo Jin: 资源，调查。 Guang-Xiang He: 写作 - 审阅与编辑，可视化。 Suo-He Yang: 写作 - 审阅与编辑，数据管理。 Rong-Yue Zhang: 可视化，形式分析。 Lei Ma: 资源，调查。 Xiao-Yan Guo: 写作 - 审阅与编辑，监督，项目管理,

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争经济利益或个人关系，这可能会影响本文报道的工作。

致谢

本研究得到了 BIPT 致远科学基金 (No. 2025201) 的支持。

Yu Zhang|Xiao-Dong Tian|Zuo-Xing Di|Hai-Bo Jin|Guang-Xiang He|Suo-He Yang|Rong-Yue Zhang|Lei Ma|Xiao-Yan Guo|Peng-Wei Xu